SS4改型电力机车主电路分析运用

呼和浩特职业学院毕业论文

题目:SS4改型电力机车主电路分析运用专业: 电气化铁道技术

学生姓名:王志光

学号：0930201233

完成时间：2011.10.20

指导教师：张耀武

目录

摘要 .................................................................................................... 错误！未定义书签。引言 . (3)

1主电路的特点 (4)

1.1传动行式 (4)

1.2牵引电动机供电方式 (5)

1.3电制动方式 (5)

1.4保护系统 (4)

2主电路的构成 (4)

2.1网测高压电路 (4)

2.2牵引供电电路 (4)

2.3加馈电阻制动电路 (6)

2.4保护电路 (8)

结论 (9)

参考文献

摘要

随着我国电气化铁路及电力机车技术的迅速发展，电力机车在产品的结构、形式、质量方面都有了很大的的改进和提高，专业的对口，作为司乘人员，在铁路机务部门工作，必须熟悉和掌握电力机车控制电路的基本作用原理，和通过系统的分析与设计来提高自己的专业素质。

韶山4G型电力机车电气线路的设计与分析是选自机车运用的实际课题，涉及范围较广。电力机车的控制线路是一个复杂的系统。本课题要求学生在已学的机车线路基础上，整体分析SS4G型电力机车主电路，辅助电路和控制电路，并能了解电力机车的故障判断处理流程和方法。尝试根据实际情况对控制电路进行设计。使学生更好的理解电力机车的工作控制原理，培养学生运用所学的基础知识、专业知识，并利用其中的基本理论和技能来分析解决本专业内的相应问题，使学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法，完成电气工程技术人员必须具备的基本能力的培养和训练

通过对此课题的学习和设计，使学生能更好的理解电力机车电气原理及故障处理方法，掌握电力机车实际运用中的基本专业技能。培养学生运用所学的基础知识和专业知识的能力，提高学生利用所学基本理论和自身具备的技能来综合分析解决本专业相应问题的能力，使学生树立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法，完成电气工程技术人员必须具备的基本能力的培养和训练。

关键词：控制电路受电弓主断路器故障处理

引言

韶山4改进型电力机车，代号SS4G。他在SS4、SS5和SS6型电力机车的基础上，又吸收了8K机车先进技术设计的。机车由各自独立的又互相联系的两节车组成，每一节车均为一完整的系统。它电路采用三段不等分半控调压整流电路。采用转向架独立供电方式，且每台转向架有相应独立的相控式主整流器，可提高粘着利用。电制动采用加馈制动，每台车四台牵引电机主极绕组串联，由一台励磁半桥式整流器供电。机车设有防空转防滑装置。每节车有两个B0- B0转向架，采用推挽式牵引方式，固定轴距较短，电机悬挂为抱轴式半悬挂，一系采用螺旋圆弹簧，二系为橡胶叠层簧。牵引力由牵引梁下部的斜杆直接传递到车体。空气制动机采用DK-1型制动机。机车功率持续6400kW，最大速度100km/h，车长2×15200mm，轴式2（B0-B0），电流制为单相工频交流。

SS4G型电力机车的电气线路主要有如下五大部分组成,即主电路、辅助电路、有接点的控制电路、控制电路电源电路和电子控制电路。

SS4G型电力机车布置继承了韶山系列电力机车的传统优点，如双边走廊分室斜对称布置，设备屏柜化、成套化等，结构紧凑，接近容易，维修方便。在器件上有新的应用，如司机室采用双针电表有利多参数测量，新型遮阳帘，新型发光二极管式故障显示屏，主电路、辅助电路与控制电路分束隔开布线，采用新型冷压线簧接插件等。

1主电路的特点

1.1传动形式

采用传统的交――直传动形式，使用传统的串励式脉流牵引电动机，具有较成熟的经验，控制系统较简单。

1.2牵引电动机供电方式

采用一台转向架两台牵引电机并联，由一台主整流器供电，即所谓“转向架独立供电方式”。全车四个两轴转向架，具有四台独立的相控式主整流器，此方式具有三个优点：一是具有较大的灵活性，当一台主整流器故障时，只需切除一台转向架两台电机，机车仍保留3/4牵引能力；二是同一节车前后两台转向架可进行电气式轴重补偿，即对前转向架（其轴重相对较轻）给以较小的电流，以充分粘着；三是实现以转向架为中心的电气系统单元化。

1.3电制动方式

机车采用加馈电阻制动，每节车四台牵引电机主极绕组串联，由一台励磁半控桥式整流器供电。每台转向架上的两台牵引电机电枢与各自的制动电阻串联后，并联在一起，再与主整流器构成串联回路。与常用电阻制动相比，加馈电阻制动具有三大优点：一是可加宽调速范围，将最大制动力延伸至0km/h（为安全者想，机车的最大制动力延伸至10km/h）；二是能较方便地实现恒制动力控制；三是取消了常规的半电阻制动接触器，简化了控制电路。

1.4保护系统

采用双接地继电保护，每一台转向架电气回路单元各接一台主接地继电器，以利于查找接地故障。并且接地继电器设置位置较其他机车不同，位于主变流装置上下两段桥的中点，使整流装置对地电位降低，改善硅元件工作条。

2主电路的构成

2.1网侧高压电路(25kV电路)

网侧高压电路的主要设备有受电弓l AP、空气断路器4QF、高压电压互感器6TV、高压电流互感器7TA、避雷器5F、主变压器8TM的高压(原边)绕组AX、PFC用电流互感器1 0 9TA，以及二节车之间的25kV母线用高压联接器2AP。

低压部分有自动开关102QA、网压表103PV、电度表105PJ、PFC用电压互感器100TV，以及接地电刷110E、120E、130E和140E。这些电器设备所组成的电路主要用于检测机车网压和提供电度表用的电压信号。

与以往的机车相比，该电路具有如下特点：

1．在25kV网侧电路中，加设了新型金属氧化物避雷器5F，以取代以往的放电间隙，作过电压和雷击保护。

2．在受电弓与主断路器之间，设置有网侧电压互感器(25kV／100V)，便于司机在司机室内掌握受电弓的升降状况和网压的大小。

3．为提高机车的可靠性，实现机车的简统化、通用化设计，采用了传统的受电弓、空气断路器和网侧高压电压互感器。

4．增设有PFC控制用电压、电流互感器。

2.2牵引供电电路

机车的牵引电路，即机车主电路的直流电路部分。

机车牵引供电电路，采用转向架独立供电方式。第一转向架的第一台牵引电机1 M与第二台牵引电机2M并联，由主整流器7 0V供电；第二转向架的第三台牵引电机3M与第四台牵引电机4M并联，由主整流器8 0V供电。两组供电电路完全相同且完全独立。

牵引电机支路的电流路径基本相同，现以第一牵引电机支路为例加以说明：其电流路径为正极母线71→平波电抗器11L→线路接触器12KM→电流传感器111SC→电机电枢→位置转换开关的“牵－制”鼓107QPR1→位置转换开关的“前’’－“后’’鼓107QPV1→主极磁场绕组→107QPV1→牵引电机隔离开关19QS→107QPR1→负极母线7 2。

与主极绕组并联的有固定分路电阻14R、一级磁削电阻15R和接触器17KM、二级磁削电阻16R和接触器18KM。14R与主极绕组并联后，实现机车的固定磁削级，其磁削系数为0．96。通过接触器17KM的闭合，投入15R，实现机车的I级磁削级，其磁削系数为0．70。通过接触器18KM的闭合，投入16R，实现机车的Ⅱ级磁削级，其磁削系数为0．54。当17KM和18KM同时闭合时，15R和16R同时投入，实现机车的Ⅲ级磁削级，其磁削系数为0．4 5。

由于两轴转向架两台牵引电机为背向布置，其相对旋转方向应相反。以第一转向架前进方向为例，从1M电机非整流子侧看去，电枢旋转方向应为顺时针方向；从2M电机非整流子侧看去应为逆时针旋向。同样，第二转向架3M电机为顺时针方向，4M电机为逆时针方向。

由此，各牵引电机的电枢与主极绕组的相对接线方式是：

1M：A11A12→D11D12 2M：A21A22→D22D21

3M：A31A32→D31D32 4M：A41A42→D42D41

上述接线方式为机车向前方向时的状况。当机车向后时，主极绕组通过“前’’－“后”换向鼓反向接线。

牵引电机故障隔离开关1 9QS、29QS、39QS和490s均为单刀双投开关，有上、中、下三个位置。上为运行位，中为牵引工况故障位，下为制动工况故障位。当牵引电机之一故障时，将相应牵引电机故障隔离开关置中间位，其相应常开联锁接点打开相应线路接触器，该电机支路与供电电路完全隔离。若误将隔离开关置向下位，则由于线路接触器已打开，虽然无电流，但导线 14与16或24与26或34与36或44与46之一相连，故障电机在电位上并不能与主电路隔离，若为接地故障，则仍会引起接地继电器动作。

库用开关20QP和50QP为双刀双投开关。在正常运行位时，其主刀与主电路隔离，其相应辅助接点接通受电弓升弓电磁阀，方可升弓；在库用位时，其主刀将库用插座30XS或40XS的库用电源分别与2M电机或3M电机的电枢正极引线22或32及总负极72或82连接，其辅助接点断开受电弓升弓电磁阀的电源线，使其在库用位时不能升弓。只要20QP或50QP之一在库用位，即可在库内动车。同时，通过相应的联锁接点可分别接通12KM和22KM或32KM和42KM，从而使1M或4M通电，以便于工厂或机务段出厂试验时试电机转向、出入库及旋轮。

空载试验转换开关10QP和60QP为叁刀双投开关。当机车处于正常运行位时，10QP和60QP将1位和4位电压传感器112SV和142SV分别与1M和4M的电枢相连，其相应辅助接点接通12KM、2 2KM、3 2KM和4 2KM的电空阀；当机车处于空载试验位时，10QP和60QP将112SV和142SV分别与主整流器70V和80V的输出端相连，同时短接76R和86R，其相应辅助接点断开线路接触器12KM、22KM、32KM和42KM的电空阀电源线，使10QP或60QP置于试验位时电机与整流器脱开，确保空载试验时的安全性。

每一台牵引电机设有一台直流电流传感器和一台直流电压传感器，其作用除提供电子控制的电机电流与电压反馈信号外，还通过电子柜处理之后，作为司机台电流表与电压表显示的信号检测。直流电压传感器设置在电枢两端，它有两个优点：一是在牵引与制动时，司机台均能看牵引电机电压；二是两台并联的牵引电机之一空转时，电枢电压的反应较快。

另外，取消了传统的电机电流过流继电器，电机的过流信号由直流电流传感器经电子柜发出，而进行卸载或跳主断。牵引电机过流保护整定值为

1300A+5%。

2.3加馈电阻制动电路

SS4改型电力机车与其它机型的主要不同之处是采用了加馈电阻制动电路，主要优点是能够获得较好的制动特性，特别是低速制动特性。

加馈电阻制动又称为“补足’’电阻制动，它是在常规电阻制动的基础上而发展的一种能耗制动技术。根据理论分析可知，机车轮周制动力为

B=CφIz (N)

式中C——机车结构常数；

φ——电机主极磁通(Wb)；

Iz——电机电枢电流(A)。

在常规的电阻制动中，当电机主励磁最大恒定后，电枢电流Iz随着机车速度的减小而减小。因此，机车轮周制动力也随着机车速度的变化而变化。为了克服机车轮周制动力在机车低速区域减小的状况，加馈电阻制动从电网中吸收电能，并将该电能补足到，Iz中去，以此获得理想的轮周制动力。

机车处于加馈电阻制动时，经位置转换开关转换到制动位，牵引电机电枢与主极绕组脱离与制动电阻串联，且同一转向架的二台电机电枢支路并联之后，与主整流器串联构成回路。此时，每节车四台电机的主极绕组串联连接，经励磁接触器、励磁整流器构成回路，由主变压器励磁绕组供电。

现以1M电机为例，叙述一下电路电流的路径：

1．当机车速度高于33km／h时，机车处于纯电阻制动状态。其电流路径为71母线→11 L平波电抗器→12KM线路接触器→111SC电流传感器→1M电机电

枢→107QPR 1位置转换开关“牵”一“制”鼓→13R制动电阻→7 3母线3→D 4→D 3→7 1母线。

2．当机车速度低于3 3 km／h，机车处于加馈电阻制动状态。当电源处于正半周时，其电流路径为a2→D 3→71母线→11 L平波电抗器→1 2KM线路接触器→111SC电流传感器→1M电机电枢→107QPR 1位置转换开关“牵”－“制’’鼓→13R制动电阻→7 3母线→T6→x 2→a2；当电源处于负半周时，其电流路径为x 2→T5→71母线→11 L平波电抗器→12KM线路接触器→1 1 1 SC电流传感器→1M电机电枢→1 0 7QPR 1位置转换开关“牵’’一“制’’鼓→1 3R 制动电阻→7 3母线→D4→a2→x2。

加馈电阻制动时，主变压器的励磁绕组a5→x5经励磁接触器91KM向励磁整流器99V供电，并与1M～4M电机主极绕组串联，且励磁电流方向与牵引时相反，由下往上。从励磁整流器的输出端开始，其电流路径为91母线→199SC电流传感器→90母线→107QPR 1位置转换开关“牵”－“制’’鼓→19QS→107QPV 1→D12→D11→107QPV1→14母线→107QPR 2→29QS→107QPV 2→D 2 1→D22→107QPV 2→2 4母线→108QPR 4→49QS→108QPV 4→D 41→D 42→108QPV4→44母线→108QPR3→39Qs→108QPV3→D32→D31→9 2KM励磁接触器→82母线。

负极母线82为主整流器80V与励磁整流器99V的公共点，由此形成两个独立的接地保护电路系统。第一转向架牵引电机1M和2M电枢、制动电阻及主整流器70V，组成第一转向架主接地保护系统，由主接地继电器97KE担负保护功能；第二转向架牵引电机3M和4M电枢、制动电阻及主整流器80V、励磁整流器99 V组成第二转向架主接地保护系统，由主接地继电器98KE担负保护功能。

制动工况时，当一台牵引电机或制动电阻故障后，应将相应隔离开关置向下故障位，则线路接触器打开，电枢回路被甩开，主极绕组无电流但有电位。

为了能在静止状况下检查加馈制动系统是否正常，机车在静止时，系统仍能给出50 A的加馈制动电流(此时励磁电流达到最大值930 A)。机车在此加馈制动电流的作用下，将有向后动车的趋势，这一点应引起高度重视，以利机车安全。

2.4保护电路

SS4改型电力机车主电路保护包括：短路、过流、过电压及主接地保护等四个方面。现分述如下：

1．短路保护

当网侧出现短路时，通过网侧电流互感器7TA→原边过流继电器101KC，使主断路器4QF动作，实现保护。其整定值为320 A。

当次边出现短路时，经次边电流互感器176TA、177TA、186TA及187TA→电子柜过流保护环节，使主断路器4QF动作，实现保护。其整定值为3000 A+5％。

在整流器的每一晶闸管上各串联一个快速熔断器，实现元件击穿短路保护之用。

2．过流保护

考虑到牵引工况和制动工况时，牵引电机的状况不同，牵引电机过流保护的整定值和保护方式设置也不同。

在牵引工况时，牵引电机的过流保护是通过直流电流传感器111SC、121SC、131SC和141SC→电子柜→主断路器来实现的，其整定值为1300 A+5％。

在制动工况时，牵引电机的过流保护是通过直流电流传感器111 SC、121 SC、131SC和141SC→电子柜→励磁过流中间继电器559KA→励磁接触器91KM来实现的。其整定值为1000 A土5％。此外，在制动工况时，还设有励磁绕组的过流保护，它是通过直流电流传感器199SC→电子柜→励磁过流中间继电器559KA →励磁接触器91KM来实现的。其整定值为1150 A±5%。

3．过电压保护

机车的过电压包括：大气过电压、操作过电压、整流器换向过电压和调整过电压等。大气过电压的保护主要采用两种方式：一是在网侧设置新型金属氧化物避雷器5F；二是在各主变压器的各次边绕组上设置RC吸收器。牵引绕组上的RC吸收器由71C与73R、72C与74R、81C与83R、82C与84R构成；励磁绕组上的C吸收器由93C与94R构成；辅助绕组上的RC吸收器由255C与260R 构成。

当机车主断路器4QF打开或接通主变压器空载电流时，机车将产生操作过电压，通过网侧避雷器5F和牵引绕组上的RC吸收器能够对此操作过电压进行限制。

机车的主整流器70V和8 0V、励磁整流器9 9V的每一晶闸管及二极管上均并联有RC吸收器，以抑止整流器的换向过电压。

另外，牵引电机的电压由主整流器进行限压控制，其限制值为1020V±5％。 4．、接地保护

牵引工况下，每“转向架供电单元”设一套接地保护系统，除网侧电路外，主电路任一点接地时，接地继电器均动作，无“死区’’。接地继电器动作之后，通过其联锁使主断路器动作，实现保护。

制动工况下，具有两套独立回路，励磁回路属于第二回路。为消除“死区”，回路各电势均为相加关系。为此，励磁电流方向与牵引时相反，改为由下而上，故电枢电势方向亦相反，改为下正上负。当制动工况发生接地故障时，接地继电器动作，通过其联锁使主断路器动作，实现保护。

第一转向架供电单元的接地保护系统由接地继电器97KE、限流电阻193R、接地电阻195R、隔离开关95QS、电阻191R和电容197C组成；第二转向架供电

单元的接地保护系统由接地继电器9 8KE、限流电阻194R、接地电阻196R、隔离开关96QS、电阻192R和电容198C组成。其中191R与197C、192R与198C

是为了抑止97KE或98KE动作线圈两端因接地故障引起的尖峰过电压而设置的。95QS和96QS的作用在于当接地故障不能排除，但仍需维持故障运行时，通过将其置故障位，使接地保护系统与主电路隔离，接地继电器不再动作而跳主断路器。此时，195R或196R与主电路相连，接地电流经此流至“地”。

结论

本文主要写了SS4改型电力机车的电气线路的运用于分析。

SS4改型电力机车电气线路通常由三部分组成，即主线路、辅助线路和控制线路。

主电路是指将牵引电动机及其相关的电气设备连接而成的线路，该线路具有电压高、电流大的特点。根据机车的运行情况，对机车电路提出了各种要求，以满足机车安全运行的需要。主线路的结构将直接影响机车运行性能的好坏、投资的多少、维修费用的高低等重要经济指标。

主要对SS4改型机车主电路的结构方式，如整流调压方式、供电方式、磁场削弱方式、电气制动方式的讨论过渡到具体机车的主电路；辅助线路的组成，辅助设备的设置等内容，电力机车辅助线路的工作原理、分析方法；机车控制线路的要求、电力机车的控制方法及其特点及其机车的控制电路的详细叙述。

参考文献

[1] 韶山4型电力机车：中国铁道出版社2006

[2] 电力机车控制：中国铁道出版社2003

[3] 电力机车电机：中国铁道出版社2003

[4] 电力机车电子技术：中国铁道出版社2003

[5] 电力机车电器：西南交通大学出版社2008